объем

Лабораторная работа N

Определение объема и плотности тел правильной геометрической формы.

Цель работы: .

1. Научиться пользоваться штангенциркулем, микрометром, техническими весами.

2. Определить объем тела правильной геометрической формы и его плотность.

1. Освоить методы расчета погрешностей при прямых измерениях.

. i . ■ . '■

Приборы и принадлежности:

1. Тела правильной геометрической формы (параллелепипед, цилиндр, шар, металлический стаканчик и т.д.).

2. Штангенциркуль.

3. Микрометр.

4. Весы технические и разновесы.

Литература:

1. Трофимова Т.И. Курс физики. М., 1990г., с. 478.

2. Грабовский Р.И. Курс физики. М., 1980г., с. 607.

1.Краткая теория.

Плотность вещества - это физическая величина, которая определяется массой вещества в единице объема. Если масса тела т, а его объем V, то плотность тела определяется по формуле:

(1)

В настоящей работе определяется плотность тел правильной геометрической формы; их объемы вычисляются по известным формулам стереометрии.

Для параллелепипеда:

(2)

(l_n-длина, d_n - ширина, h_n – высота параллелепипеда); для цилиндра:

' ₍₃₎

(d_u -диаметр, п_ц - высота цилиндра); для шара:

(4)

Массу тел находят взвешиванием на технических рычажных весах, а линейные размеры тел правильной геометрической формы определяют с по­мощью штангенциркуля и микрометра.

2.Описание приборов.

Для измерения линейных и угловых величин пользуются различными приборами и инструментами. Простейшие из них: линейка, штангенциркуль, мик­рометр, микроскоп, угломер и т.д.

Самый простой прибор для измерения длины - масштабная линейка. Расстояние между двумя соседними делениями линейки называется ценой одного деления. Обычно цена одного деления линейки равна 1 мм.

Штангенциркуль используется, для измерения линейных размеров тела с большей точностью, чем непосредственным отсчетом по масштабной ли­нейке. Штангенциркуль (рис. 1) состоит из стальной миллиметровой линейки (штанги) А, с одной стороны которой имеется неподвижная ножка В. Вторая ножка Д имеет шкалу нониуса С и может перемещаться вдоль линейки А. Шкала нониуса позволяет определять длину измеряемого предмета с точно­стью до сотых долей сантиметра или десятых долей миллиметра. Когда нож­ки В и Д соприкасаются - нуль линейки и нуль нониуса совпадают.

Для того чтобы измерить длину предмета М, его помещают между ножка­ми, которые сдвигают до соприкосновения с предметом (без сильного нажи­ма). После этого делают отсчет по линейке и нониусу и определяют длину предмета.

Определение размеров тел или расстояний сводится к определению то­го, на сколько сдвинут нуль нониуса от нуля шкалы штанги: по шкале штан­ги (линейки) отсчитывается целое число миллиметров до нуля нониуса, и прибавляются к этому значению десятые доли миллиметра, равные номеру черты нониуса, совпадающей с одним из делений шкалы штанги. Если ни одно из этих делений нониуса не совпадает ни с одним делением шкалы штанги, то берут тот номер деления, который ближе всего к какому-либо из делений шкалы штанги; в этом случае погрешность будет меньше половины точности, даваемой нониусом.

Штангенциркуль приспособлен также для измерения размеров отверстий. Для этого служат удлиненные в противоположном направлении концы ножек В и Д. Для измерения размера отверстия ножки В и Д раздвигают до касания их с внутренней поверхностью исследуемого тела и по нониусу отсчитывают размер отверстия.

С подвижной ножкой Д связана узкая планка П, которая перемещается по линейке и позволяет измерять штангенциркулем глубину отверстий.

Микрометр - это измерительный прибор с точным (микрометрическим) винтом для измерения контактным способом небольших линейных размеров с точностью до сотых долей миллиметра. Микрометрический винт представ­ляет собой стержень, снабженный точной винтовой нарезкой. Перемещение винтовой нарезки за один оборот называется шагом микрометрического вин­та.

Микрометр (рис. 2) состоит из двух основных частей: скобы Е и микро­метрического винта А.

Микрометрический винт А проходит через отверстие скобы Е с внутрен­ней резьбой. Против микрометрического винта А на скобе имеется плоский упор (пятка) Д. На микрометрическом винте закреплен полый цилиндр (ба­рабан) N с делениями по окружности (50 делений). При полном повороте ба­рабана винт перемещается на 0,5 мм, а так как барабан имеет 50 делений, то цена одного деления барабана равна 0,01 мм. При вращении микрометриче­ского винта барабан скользит по линейной шкале, нанесенной на стебле L. Стебель микрометра имеет шкалу и продольную линию.

Верхние и нижние риски шкалы сдвинуты относительно друг друга на 0,5мм; цифры проставлены только для делений нижней шкалы, т. е. нижняя шкала представляет собой обычную миллиметровую шкалу.

Для того чтобы микрометрический винт А передвинулся на 1 мм; необхо­димо сделать два оборота барабана. Таким образом, шаг микрометрического винта равен 0,5 мм.

Для измерения микрометром предмет помещают между пяткой Д и мик­рометрическим винтом А и вращают винт А за головку В, до тех пор, пока измеряемый предмет не будет зажат между упором Д и концом винта А. Что­бы обеспечить нормальный и всякий раз одинаковый нажим на измеряемое тело, вращение винта необходимо производить головкой В (трещеткой). Треск при вращении трещетки свидетельствует о том, что измерительные по­верхности соприкасаются с телом.

Отсчет по микрометру производят следующим образом. К целому числу миллиметров, выступающих из под среза барабана, прибавляют совпадаю­щее с продольной чертой число сотых, отсчитанных по круговой шкале.

Если над чертой вышло еще одно деление после отсчитанных целых миллиметров, то к полученному числу добавляют еще 0,5 мм.

3. Выполнение работы.

1. Определите массу предложенных в работе тел на технических ры­ чажных весах. Обычно чашечки весов находятся в изолированном (нерабочем) положении - упираются снизу в металлические упру­ гие пластины. Для взвешивания чашечки весов освобождаются от упора вращением круглой рукоятки вправо (по часовой стрелке). В отсутствии грузов на чашечках коромысло весов должно находить­ ся в равновесии, т.е. стрелка после ряда затухающих колебаний ко­ ромысла должна остановиться против среднего деления шкалы. Изолирование весов следует производить плавно, когда стрелка проходит среднее положение/Взвешиваемые тела и гири помеща­ ют и снимают с чашечек весов только при изолированном (рукоят­ ка весов до упора повернута влево - весы выключены) положении. В конце работы на весах их необходимо установить в изолирован­ ное положение и убрать разновесы.

2. Измерить линейные размеры тел, причем небольшие линейные размеры измеряйте микрометром, а остальные штангенциркулем. Каждую длину измерьте не менее трех раз в различных местах предмета. Результаты измерений занесите в таблицы.

Контрольные вопросы

1. С какой точностью можно производить отсчет по штангенциркулю и микрометру?

2. Произвести отсчет показания штангенциркуля и микрометра, установленных преподавателем.

2. Как проверить готовности микрометра к работе?

2. Почему при нажатии винтом микрометра на измеряемый объект нужно пользоваться только рукояткой «трещетки»?

5. Чему равна погрешность измерения штангенциркулем?

6. Чему равна погрешность измерения микрометром?

6. Как определяется методом среднего арифметического значения абсолютная и относительная погрешность отдельного измерения и эксперимента?